CN103884897A - 电流传感器以及制造该电流传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流传感器（A），包括：壳体（6），对电流施加到其上的汇流排（1）以及围绕所述汇流排布置的磁芯（2）进行保持；电路板（4），以布置为面对所述壳体的状态固定到所述壳体；以及检测元件（3），用于检测电流；其中所述检测元件具有保持在所述壳体中的元件主体（3a）以及固定在所述电路板上的通孔（4a）中的多个连接端子（3b），而且在所述电路板的两个表面中的面对所述壳体的表面上设有板状构件（5），所述板状构件设有引导孔（5a），所述连接端子被插入所述引导孔中，并且所述引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小。

Description

电流传感器以及制造该电流传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种电流传感器，其包括：壳体，对电流施加到其上的汇流排（busbar）以及围绕该汇流排布置的磁芯进行保持；电路板，以布置为面对壳体的状态固定到壳体；以及检测元件，用于检测电流；其中检测元件具有保持在壳体中的元件主体以及固定在电路板的通孔中的多个连接端子。并且本发明还涉及一种制造该电流传感器的方法。

背景技术

目前，使用电机和换流器的电动车以及混合动力汽车被广泛使用。在这些领域中，为了控制电机适当地旋转，测量流经电机的电流是很重要的。

作为测量这种电流的方法，例如，提供电流传感器，其中，根据施加到将电机与换流器连接起来的汇流排的电流，围绕汇流排产生的磁场由检测元件（磁传感器）检测，并且基于检测到的磁场来计算施加到汇流排的电流，例如，如JP2009-121864A（参考文件1）中所公开的。

在参考文件1中公开的电流传感器中，电流施加到其上的汇流排以及会聚磁场的磁芯都被保持在壳体中，该磁芯围绕该汇流排布置。磁芯中形成预定的间隙，并且检测元件的元件主体布置在该间隙中。

在通过焊接或相似的方法使多个连接端子固定到电路板之后，检测元件装配在电路板和壳体两者上，使得元件主体布置在间隙中。

在现有技术的电流传感器中，通过在多个连接端子固定到电路板之后将元件主体保持在壳体中，检测元件被装配在电路板和壳体两者上。

因此，在多个连接端子固定到电路板的阶段，元件主体相对于电路板的姿势（位姿）受限。同时，电路板以面对壳体的预定姿势固定到壳体。

因此，当以元件主体保持在壳体中的方式装配元件主体时，如果元件主体相对于电路板的姿势具有误差，则需要纠正姿势或相似的操作，而在电路板和壳体两者上装配检测元件是耗时且费力的。

如果装配精度通过扩大磁芯与元件主体之间的间隙而粗略地设定，以便于检测元件的装配，那么检测精度可能下降。

而且，如果粗略地设定元件主体对磁芯的装配精度，由于电路板与壳体之间热膨胀系数的差异，温度改变引起的元件主体相对于磁芯的姿势改变增大。基于该原因，检测精度也会下降。

发明内容

因此，需要一种电流传感器，其中检测精度能够提高，同时便于检测元件的装配，并且需要一种制造该电流传感器的方法。

本发明的一个方案涉及一种电流传感器，其包括：壳体，对电流施加到其上的汇流排以及围绕所述汇流排布置的磁芯进行保持；电路板，以布置为面对所述壳体的状态固定到所述壳体；以及检测元件，用于检测电流；其中所述检测元件具有保持在所述壳体中的元件主体以及固定在所述电路板上的通孔中的多个连接端子，而且在所述电路板的两个表面中的面对壳体的表面上设有板状构件，所述板状构件设有引导孔，所述连接端子被插入所述引导孔中，并且所述引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小。

在具有该构造的电流传感器中，在电路板的两个表面中的面对壳体的表面上设有板状构件，所述板状构件设有引导孔，所述连接端子被插入所述引导孔中，并且所述引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小。

因此，当元件主体装配在壳体中的预定位置处之后，多个连接端子中的每一个能够插入到设置在板状构件上的每个引导孔中，因此引导连接端子进入电路板上的通孔中。

因此，检测元件能够容易地装配在电路板和壳体两者上，并且多个连接端子的每一个可靠地进入电路板上的每个通孔中，同时元件主体对磁芯的高装配精度能够被设定，从而获得高检测精度。

此外，当元件主体对磁芯的高装配精度被设定时，由于电路板与壳体之间的热膨胀系数的差异引起的元件主体相对于磁芯的姿势的改变能够被抑制。

因此，根据具有该构造的电流传感器，检测精度能够提高，同时便于检测元件装配在电路板和壳体两者上。

本发明的另一方案涉及以上描述的电流传感器，其中壳体保持多个元件主体，在壳体和电路板上分别设有定位壳体和电路板的接合部和被接合部，并且接合部或被接合部的位置被设置在布置多个元件主体的区域中的中心部处。

由于电路板和壳体具有彼此不同的热膨胀系数，所以在使用中，电路板与壳体之间的相对位置会因热变形而容易移位。

根据该构造，与使壳体和电路板定位的接合部或被接合部的位置布置在远离布置多个元件主体的区域中的中心部的一个位置处的情况相比，接合部或被接合部与连接端子之间的最大长度能够大致减半。

因此，高检测精度能够长时间容易地保持。

优选地，在所述电路板的正面和背面上围绕所述通孔形成有焊接区（land），并且在所述板状构件上的、面对所述电路板的焊接区的位置处形成有凹部。

根据这样的构造，电路板的正面和背面上的每个焊接区上能够形成角焊缝(fillet)。因此，由于检测元件的焊接固定强度能够提高，所以检测元件的焊接的可靠性能够提高。

凹部可形成为沿着电路板的板宽度方向贯穿板状构件。

根据这样的构造，连接端子上形成的角焊缝能够从电路板的板宽度方向经由凹部在视觉上被识别。因此，检测元件的任何安装误差能够在视觉检查或相似的过程中容易发现。所以，例如，即使在制造过程中具有焊接误差，缺陷产品也能够在视觉检查中被容易地取出，因此产品质量能够提高。

本发明的又一方案涉及一种制造电流传感器的方法，其包括以下步骤：使保持部设置在壳体中，所述壳体对电流施加到其上的汇流排以及围绕所述汇流排布置的磁芯进行保持，从而在这样的状态下保持用于检测电流多个检测元件的元件主体，该状态为从所述元件主体延伸的多个连接端子被弯曲而使得邻近的连接端子彼此隔开、并且每个连接端子的端部被弯曲成使所述端部的延伸方向与从所述壳体朝向电路板的方向对齐；将板状构件安装到所述电路板的两个表面中的面对所述壳体的表面上，所述电路板以面对所述壳体的状态固定到所述壳体，所述板状构件设有多个引导孔，所述多个引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小；使所述电路板以及所述板状构件定位成接近保持所述多个元件主体的所述壳体，然后将所述连接端子的每个端部插入所述板状构件上的对应的引导孔以及所述电路板上对应的通孔中，同时使所述壳体与所述电路板对齐，并且将所述电路板固定到所述壳体；以及将所述连接端子中的每一个连接端子的端部焊接到所述电路板。

也就是，由于设置在保持汇流排和磁芯的壳体中的每个保持部保持多个检测元件的元件主体，所以每个元件主体能够精确地装配到磁芯。

由于安装在面对壳体的电路板的表面上的板状构件以及电路板位于靠近壳体的位置，所以沿着从壳体朝向电路板的方向对齐的连接端子的每个端部都插入电路板上的对应的引导孔和通孔中，同时壳体与电路板一起对齐。因此，电路板固定到壳体。

检测元件的各自的连接端子被弯曲，使得邻近的连接端子彼此隔开，并且每个连接端子的端部朝向电路板弯曲。

因此，即使能够供连接端子容易地引入的大引导孔被设置为板状构件中的引导孔，这些引导孔也能够被布置为不彼此干扰。而且，如果电路板热膨胀并且相对于壳体位移，则连接端子通过弯曲而变形，并且因此能够吸收该位移。

而且，多个连接端子的弯曲方向不是相同的方向，而是设定为彼此远离的方向。因此，当电路板相对于壳体沿特定方向位移时，即使在每个连接端子上作用的外力的方向是相同的，这些连接端子也沿彼此不同的方向弯曲，并且因此这些连接端子具有彼此不同的弯曲状态。因此，不管电路板沿哪个方向位移，施加到元件主体的外力的影响被平均分配，并且元件主体的安装稳定性增加。

此外，当多个连接端子的每个端部均能够容易地插入电路板上的通孔中时，电路板能够以允许连接端子（其端部插入通孔中）相对于电路板移动的状态固定到壳体。

由于插入电路板的通孔中的连接端子的每个端部均在电路板固定到壳体之后焊接到电路板，所以检测元件能够装配在电路板和壳体两者上。

因此，每个连接端子均能够在残余应力很小的状态下焊接到电路板，并且能够容易地稳定每个元件主体相对于磁芯的装配姿势。

附图说明

从以下参照附图的详细描述中，本发明的前述和额外的特征和特性将变得更加显而易见，在附图中：

图1是示意性地示出电流传感器的立体图；

图2是具有多个电流传感器的传感器单元的平面图；

图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ截取的剖视图；

图4是电流传感器的放大剖视图；

图5是示出装配电流传感器的过程的剖视图；

图6是示出装配电流传感器的过程的剖视图；

图7是示出装配电流传感器的过程的剖视图；

图8是示出根据第二实施例的传感器单元的平面图；

图9是根据第三实施例的电流传感器的放大视图；

图10示出根据另一实施例的凹部；以及

图11示出根据另一实施例的凹部。

具体实施方式

以下将描述在此公开的多个实施例。

第一实施例

图1示意性地示出了根据在此公开的实施例的电流传感器A。图2和图3示出作为一个单元的包括多个电流传感器A的传感器单元U。图4示出设置在传感器单元U中的电流传感器A的放大剖视图。

如图1中所示，电流传感器A检测磁场的磁通量密度，该磁场由流经汇流排1的待测量的电流产生，从而测量施加到汇流排1的待测量的电流，并且基于检测到的磁通量密度测量流经汇流排1的电流（电流值）。

如图2到图4中所示，电流传感器A具有：汇流排1，由导体制造，呈条状板的形状；磁芯2，由金属磁性体制造；霍尔传感器3，作为检测电流的检测元件；印制电路板（电路板）4，由树脂材料形成；端子导板5，由树脂材料制造，作为设有引导孔5a的板状构件；以及壳体6，由树脂材料以及相似的材料制造。

汇流排1用于将三相电机（未示出）连接到使三相电机起电的换流器。三相电机作为混合动力汽车、电动车以及相似物的驱动源使用，并且三相电机与换流器的每种结合均具有三个汇流排1。

传感器单元U形成为一单元，其中，分别对应于三个汇流排1的三个电流传感器A都布置成一条直线，如图2中所示。如果待测量的电流增大，则额外的电流传感器A可添加到该单元。

磁芯2由多个堆叠在一起的磁性钢板形成为U形，并且在两端之间具有间隙2a。磁芯2沿周向围绕汇流排1的外周侧，并且会聚磁性。汇流排1插入磁芯2的内周侧的空间，使得其板表面面对磁芯2。

在壳体6中，对应于每个电流传感器A的汇流排1以及围绕汇流排1布置的磁芯2都被装配到一起，这些汇流排1和磁芯2被一体地保持。

印制电路板4以布置为面对壳体6的状态一体地固定到壳体6。对应于每个电流传感器A的电路图案被印制在印制电路板4上。

霍尔传感器3具有：元件主体3a，保持在壳体6中，以及多个（在本实施例中，三个）连接端子3b，其通过印制电路板4中的通孔4a焊接并因此固定到对应的电路图案。

元件主体3a沿间隙2a的宽度的方向装配在中心位置处，从而采取其检测表面面对磁芯2的姿势而保持在被定位的状态。

也就是，在壳体6中，作为保持部（其中对应于每个电流传感器A的霍尔传感器3的元件主体3a能够从印制电路板4一侧安装）的多个（在本实施例中，三个）底部封闭的矩形保持孔6a被设置为向印制电路板4一侧开口。

当元件主体3a安装到这些保持孔6a的每一个中时，元件主体3a沿间隙2a的宽度方向保持在中心位置处，并且具有一定程度的间隙，该间隙能够允许因汇流排1起电产生的热量导致的元件主体3a的热膨胀。

因此，在磁芯2中，基于流经汇流排1的电流产生的磁通量被会聚。会聚的磁通量穿过间隙2a。因此，磁路由磁芯2和元件主体3a形成，并且霍尔传感器3能够检测由流经汇流排1的待测量的电流形成的磁场的强度。

在霍尔传感器3中，作为连接端子3b的三个针形的径向导线沿着元件主体3a的厚度方向在一个横向端表面上平行设置。

因此，霍尔传感器3被焊接到印制电路板4，同时连接端子（径向导线）3b插入印制电路板4上形成的多个通孔4a的每一个中，而不是安装为表面安装部件。

在端子导板5中，形成多个（在本实施例中，9个）贯穿端子导板5的引导孔5a，使元件主体3a保持在保持孔6a中的每个霍尔传感器3的三个连接端子3b从壳体6一侧被分别地插入到这些引导孔5a中。

每个引导孔5a形成为以具有圆锥形表面的漏斗形贯穿端子导板5，引导孔5a的直径从壳体6一侧朝向印制电路板4一侧减小，并且引导保持在每个保持孔6a中的元件主体3a的连接端子3b，使得远端部插入印制电路板4的通孔4a中。

三个连接端子3b的相邻连接端子在元件主体3a的两侧、在连接端子3b的上升部处从元件主体3a弯曲到彼此相反的横向。而且，沿横向弯曲的三个连接端子3b的每一个远端部进一步弯曲以遵循与印制电路板4的板表面正交的方向。

因此，能够防止相邻的连接端子3b的远端部集中在元件主体3a的特定侧，并且能够分散用于将端子插入印制电路板4中的多个通孔4a。

因此，即使在端子导板5中形成具有最大直径的引导孔5a，以使连接端子3b的远端部能够牢固地引导到通孔4a中，引导孔5a也能够被布置成不会彼此干扰。

端子导板5设有柱状接合销7a，该柱状接合销被推入贯穿印制电路板4而形成的接合孔7内。

当接合销7a从印制电路板4的面对壳体6的一侧被推入接合孔7内时，端子导板5被安装在印制电路板4的正侧和背侧的面对壳体6的一侧。

用于将壳体6与印制电路板4接合并固定在定位状态下的接合部8和被接合部8a被设置为横跨壳体6和印制电路板4。接合部8和被接合部8a的位置被设定在布置多个元件主体3a的区域中的外周部上的一个位置处。

接合部8形成为接合孔，该接合孔被形成为跨过印制电路板4和端子导板5。被接合部8a形成为在壳体6上突出的柱状接合销。

当接合销（被接合部）8a被推入连续跨过印制电路板4和端子导板5的接合孔（接合部）8中时，印制电路板4和端子导板5以防止印制电路板4、端子导板5与壳体6分离的状态和以定位于壳体6内的状态彼此固定。

现在，将描述用于制造电流传感器A（传感器单元U）的方法。

在用于制造电流传感器A的方法中，对应于各自的电流传感器A的多个霍尔传感器3的元件主体3a预先保持在保持孔6a中，这些保持孔6a设置在保持汇流排1和磁芯2的壳体6中，如图5和图6中所示（元件主体保持步骤）。

在元件主体保持步骤中，多个（在本实施例中为9个）连接端子3b从保持在各自的保持孔6a中的元件主体3a延伸，并且这些连接端子在元件主体3a的两侧沿彼此分离的方向伸展的同时预先朝向印制电路板4倾斜地弯曲，并且每个连接端子3b的端部弯曲成使该端部的延伸方向与从壳体6垂直地朝向印制电路板4的方向对齐。

接下来，当接合销7a被推入接合孔7中时，端子导板5安装在印制电路板4的面对壳体6的表面上（导板安装步骤）。

如图6和图7中所示，印制电路板4以及安装在印制电路板4上的端子导板5都位于接近保持多个元件主体3a的壳体6的位置。当接合销8a被推入接合孔8中以将印制电路板4与壳体6对齐到一起时，连接端子3b的每个端部插入端子导板5的对应的引导孔5a中以及印制电路板4的对应的通孔4a中。

因此，在允许连接端子3b（其端部插入通孔4a中）相对于印制电路板4运动的状态下，壳体6和印制电路板4借助端子导板5彼此固定（板固定步骤）。

此外，如图7中所示，插入印制电路板4的通孔4a中的每个连接端子3b被焊接到电路图案（焊接步骤）。

因此，每个连接端子3b能够在残余应力很小的状态下焊接到印制电路板4，并且每个元件主体3a相对于磁芯2（间隙2a）的装配姿势能够容易地稳定。

如果三个连接端子3b插入其中的三个引导孔5a和通孔4a都形成为沿一条线靠近彼此，则每个连接端子3b能朝向元件主体3a的相同侧弯曲，使得连接端子3b彼此隔开。

第二实施例

图8示出在此公开的第二实施例。

在本实施例中，形成接合部的接合孔8以及形成被接合部的接合销8a（用于将印制电路板4和壳体6固定在定位的状态中）的位置设定为基本上处于布置多个元件主体3a的区域中的中心部处。

根据本实施例，从接合孔8或者接合销8a到连接端子3b的最大长度能够设定为最短。

因此，即使印制电路板4与壳体6之间的相对位置由于在使用中的热变形而改变，连接端子3b的变形的量能够减小，并且连接端子3b的变形导致的元件主体3a的移动能够被抑制。因此，高检测精度能够长时间容易地保持。

该构造的其他部分与第一实施例相似。

第三实施例

图9示出在此公开的第三实施例。

在本实施例中，焊接区11围绕印制电路板4的正面和背面上的通孔4a形成，并且凹部12在端子导板5上的面对印制电路板4的焊接区11的位置处形成。在本实施例中，印制电路板4的正面是印制电路板4的多个表面中的面对端子导板5一侧的表面。印制电路板4的背面是印制电路板4的多个表面中的面对与端子导板5相反的一侧的表面。如在之前的实施例中一样，用于固定连接端子3b的通孔4a在本实施例中也形成于印制电路板4中。

“围绕通孔4a”的表达意思是沿着印制电路板4的正面和背面在通孔4a的中心处围绕通孔4a的区域。当连接端子3b插入这些通孔4a中并且焊料沉积在印制电路板4的正面和背面上的每个焊接区11上时，角焊缝在印制电路板4的正面和背面的每个焊接区11处形成。而且，焊料进入通孔4a的内部。因此，连接端子3b对印制电路板4的焊接固定强度能够提高。

在端子导板5上的面对印制电路板4的焊接区11的位置是面对印制电路板4的正面的焊接区11的位置。在端子导板5上的这样的位置处，形成凹部12。凹部12的开口宽度（等于沿印制电路板4的板宽度方向的长度以及沿板长度方向的长度）可与面对该凹部12的焊接区11接近相同。当然，开口宽度可以大于焊接区11，或者可以小于焊接区11。凹部12的深度（等于沿印制电路板4的板厚度方向的长度）可等于或小于面对端子导板5的焊接区11中形成的角焊缝的高度。也就是，优选地形成具有预定深度的凹部12，并且当焊接霍尔传感器3时调整焊料的量。

本实施例中的凹部12形成为沿着印制电路板4的板宽度方向贯穿端子导板5。印制电路板4的板宽度方向是图9中的薄板的从前向后的方向。贯穿端子导板5意味着沿板宽度方向没有壁部的状态。因此，当从薄板的前部观察凹部12时，薄板的后部的景象能够被看见。因此，由于端子导板5一侧的焊接区11处形成的角焊缝能够通过凹部12在视觉上识别，所以焊接是否合适地完成能够通过视觉检查或者相似的方法来确定。

其他实施例

在此公开的电流传感器A可具有用于每个电流传感器A的壳体6、印制电路板4以及端子导板5。

在此公开的电流传感器A能够用作测量流经除了将电动机连接到换流器的汇流排之外的各种其他汇流排的电流的电流传感器。

在第三实施例中，描述了凹部12形成为沿着印制电路板4的板宽度方向贯穿端子导板5。然而，如图10中所示，可以仅在由端子导板5一侧的焊接区11所面对的位置处形成凹部12。即使借助这样的构造，角焊缝也能够在印制电路板4的正面和背面上的焊接区11处形成，并且因此能够提高焊接固定强度。此外，如图11中所示，可以仅在沿印制电路板4的板宽度方向的一侧形成壁部13，使得凹部12沿着印制电路板4的板宽度方向没有贯穿端子导板5。

在此公开的技术能够用于电流传感器，该电流传感器包括：壳体，对电流施加到其上的汇流排以及围绕该汇流排布置的磁芯进行保持；电路板，以布置为面对壳体的状态固定到壳体；以及检测元件，用于检测电流；其中检测元件具有保持在壳体中的元件主体以及固定在电路板上的通孔中的多个连接端子，并且在此公开的技术能够用于该电流传感器的制造方法。

本发明的原理、优选实施例以及操作的模式已经在之前的说明书中描述。然而，旨在被保护的本发明不应理解为限制于公开的特定实施例。而且，在此描述的实施例被认为是示例性的，而不是限制性的。在不背离本发明的精神的情况下，其他人可以做出变化和改变，以及采取等同方案。因此，明显确定的是，由此包含落入如权利要求书中限定的本发明的精神和范围内的所有的这些变化、改变以及等同方案。

Claims (5)

1.一种电流传感器（A），包括：

壳体（6），对电流施加到其上的汇流排（1）以及围绕所述汇流排布置的磁芯（2）进行保持；

电路板（4），以布置为面对所述壳体的状态固定到所述壳体；以及

检测元件（3），用于检测所述电流；

其中所述检测元件具有保持在所述壳体中的元件主体（3a）以及固定在所述电路板上的通孔（4a）中的多个连接端子（3b），而且

在所述电路板的两个表面中的面对所述壳体的表面上设有板状构件（5），所述板状构件设有引导孔（5a），所述连接端子被插入所述引导孔中，并且所述引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述壳体保持多个所述元件主体，

在所述壳体和所述电路板上分别设有定位所述壳体和所述电路板的接合部（8）和被接合部（8a），并且

所述接合部或所述被接合部的位置被设置在布置多个所述元件主体的区域中的中心部处。

3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其中在所述电路板的正面和背面上围绕所述通孔形成有焊接区（11），并且在所述板状构件上的、面对所述电路板的焊接区的位置处形成有凹部（12）。

4.根据权利要求3所述的电流传感器，其中所述凹部形成为沿着所述电路板的板宽度方向贯穿所述板状构件。

5.一种制造电流传感器（A）的方法，包括以下步骤：

使保持部（6a）设置在壳体（6）中，所述壳体对电流施加到其上的汇流排（1）以及围绕所述汇流排布置的磁芯（2）进行保持，从而在这样的状态下保持用于检测电流的多个检测元件（3）的元件主体（3a），该状态为从所述元件主体延伸的多个连接端子（3b）被弯曲而使得邻近的连接端子彼此隔开、并且每个连接端子的端部被弯曲成使所述端部的延伸方向与从所述壳体朝向电路板（4）的方向对齐；

将板状构件（5）安装到所述电路板的两个表面中的面对所述壳体的表面上，所述电路板以面对所述壳体的状态固定到所述壳体，所述板状构件设有多个引导孔（5a），所述多个引导孔的直径从所述壳体一侧朝向所述电路板一侧减小；

使所述电路板以及所述板状构件定位成接近保持所述多个元件主体的所述壳体，然后将所述连接端子的每个端部插入所述板状构件上的对应的引导孔以及所述电路板上的对应的通孔（4a）中，同时使所述壳体与所述电路板对齐，并且将所述电路板固定到所述壳体；以及

将所述连接端子中的每一个连接端子的端部焊接到所述电路板。

Images